Применение машинного обучения для обнаружения межвитковых неисправностей в насосной системе

Jul 15, 2023

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 12906 (2022) Цитировать эту статью

1589 Доступов

3 цитаты

3 Альтметрика

Подробности о метриках

Диагностика неисправностей насоса важна для технического обслуживания и безопасности устройства, поскольку это важный прибор, используемый в различных основных отраслях. Своевременная диагностика неисправностей может снизить затраты на техническое обслуживание и сэкономить энергию. В этой статье используется модель Simulink, основанная на математических уравнениях, для анализа эффектов оценки параметров центробежных насосов на базе трехфазного асинхронного двигателя в условиях межвиткового замыкания. Межвитковое замыкание вызывает резкое увеличение тока, что серьезно влияет на параметры как двигателя, так и насоса. Они были проанализированы путем моделирования с помощью модели Matlab Simulink. Позже результаты проверяются с помощью симулятора на основе аппаратного цикла (HIL). В этой статье для обнаружения неисправностей были применены модели искусственной нейронной сети (ANN) и ANFIS (ANN и Fuzzy), основанные на машинном обучении (ML). Модели на основе ANN и ANFIS обеспечивают удовлетворительный уровень точности. Эти модели обеспечивают точные результаты обучения и тестирования. На основе среднеквадратической ошибки (RMSE), R2, точности прогноза и среднего значения проверки эти модели сравниваются, чтобы выяснить, какая из них больше подходит для этого эксперимента. Различные контролируемые алгоритмы сравниваются с ANN, ANFIS и, наконец, выявляются наиболее подходящие для данного эксперимента.

Асинхронный двигатель является широко используемым устройством, незаменимым в различных отраслях промышленности, и получил повышенное внимание благодаря своей прочной конструкции, высокой производительности, надежности и стоимости обслуживания1. Любая неисправность асинхронного двигателя приводит к серьезным последствиям для устройств, связанных с двигателем и всей системой. Если насос подключен к неисправному асинхронному двигателю, изменится значение напора, изменится расход, а колоссальная вибрация приведет к серьезному повреждению2. Поломка всей системы приводит к повреждению системы и огромным потерям энергии, а внезапный незапланированный простой приводит к огромным затратам на техническое обслуживание. Сообщается, что в асинхронных двигателях наблюдается 30–40% отказов из-за межвиткового замыкания статора3. На самом деле это электрическая неисправность, и эта электрическая неисправность очень чувствительна и приводит к серьезным повреждениям. Лишь 10–20 % межвитковых замыканий вызывают резкое повышение тока в асинхронном двигателе, что приводит к потерям изоляции в обмотках4. Электрические неисправности подразделяются на неисправности статора и ротора5. Неисправность ротора, наблюдаемая в асинхронном двигателе, представляет собой сломанный стержень ротора. Неисправностей статора в основном три: межфазное замыкание, межвитковое замыкание и замыкание фаза на землю. Среди них межвитковые замыкания являются значительными и критическими6. Это межвитковое замыкание затрудняет работу асинхронного двигателя и работу насоса. Помимо механических и гидравлических неисправностей, неисправность электрооборудования также ухудшает работу насоса. Центробежный насос — это вращающаяся машина, используемая для перекачки жидкости по трубам. Внезапное отключение насосной системы приводит к огромным затратам на техническое обслуживание7. Было проанализировано, что 70% затрат на техническое обслуживание приходится на насосную систему. Поэтому необходимо совершенствовать технологию обслуживания для снижения затрат. Были проведены различные исследования по обнаружению межвитковых неисправностей в асинхронных двигателях. Для обнаружения неисправности использовалось напряжение между линиями, нейтралью и звездой двигателя. Это использовалось в качестве модели двигателя, и дисбаланс был создан из-за межвиткового короткого замыкания. До полной поломки и существенного повреждения устройств следует выявить этот дисбаланс8. Импеданс обратной последовательности был оценен и использован в качестве индикатора неисправности в исследовании. Импеданс обратной последовательности наблюдался из-за дисбаланса в двигателе. Колебания, используемые для тока трансформации Парка, использовались для обнаружения неисправностей, которые создавались из-за дисбаланса.

Для выявления этой проблемы необходим пространственно-векторный анализ9. Электрическую неисправность можно обнаружить с помощью анализа характеристик тока двигателя (MCSA) и анализа вибрации. Для оценки отрицательного импеданса двигателя в качестве подхода была добавлена ​​устойчивость к несбалансированному источнику напряжения10. Частотный спектр и анализ быстрого преобразования Фурье (БПФ) также полезны для обнаружения неисправностей асинхронного двигателя. Пакетные преобразования вейвлетов (WPT) и БПФ использовались вместе с каким-то классификатором в некоторых работах11,12.